土力学基地及基础(陈兰云)第3章

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1、普通高等教育“十一五”国家级规划教材3土的抗剪强度与地基承载力主要内容3.1土的抗剪强度与极限平衡条件3.2抗剪强度的确定及试验方法3.3地基承载力教学目标知道土的抗剪强度库仑定律知道土的极限平衡条件会确定土的抗剪强度的一般试验方法知道地基承载力的概念及确定方法重点土的抗剪强度库仑定律土的极限平衡条件土的抗剪强度的一般试验方法地基承载力的概念及确定方法难点土的极限平衡条件地基承载力的概念及确定方法土的抗剪强度是指在外力作用下，土体内部产生剪应力时，土对剪切破坏的极限抵抗能力。3.1土的抗剪强度与极限平衡条件3.1.1抗剪强度的库仑定律

2、1773年，库仑（Coulomb，C.A.）通过砂土的剪切试验，得到砂土的抗剪强度的表达式为以后通过对黏性土样进行试验，得出黏性土的法向应力与抗剪强度之间仍成直线关系抗剪强度黏聚力内摩擦角剪切面上的法向应力ff=tanff=c+tanc黏性土无黏性土库仑定律：土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力的线性函数讨论:影响土体抗剪强度因素1.摩擦力的两个来源1)滑动摩擦：剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦。2)咬合摩擦：土粒间相互嵌入所产生的咬合力。2.粘聚力：是由于土粒之间的胶结作用、结合水膜以及水分子引力作用等形成的

3、。3.抗剪强度影响因素1)摩擦力：剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土粒级配、土粒形状以及表面粗糙程度。2)粘聚力：土颗粒越细，塑性越大，其黏聚力也越大。太沙基有效应力原理认为只有土粒间传递的有效应力才能引起抗剪强度摩擦分量，因此，认为土的抗剪强度应由下式来表示无黏性土：黏性土：抗剪强度有效黏聚力孔隙水压力有效内摩擦角剪切面上的法向有效应力3.1.2土中一点的应力状态由材料力学可知，该点的大、小主应力为任意截面上的应力土中任意截面上的应力莫尔应力圆描述土中某点的应力状态莫尔应力圆方程圆心坐标[1/2(1+3)，0]应力圆半径r＝

4、1/2(1－3)3.1.3土的极限平衡条件土体受荷后，任意截面mn上将同时产生法向应力与剪应力，对与抗剪强度进行比较：通过土体中一点有无数的截面，当所有截面上都满足τ＜，该点就处于稳定状态；当所有截面之中有且只有一个截面上的τ=时，该点处于极限平衡状态。根据莫尔应力圆与抗剪强度曲线的关系可以判断土中某点M是否处于极限平衡状态不会发生剪切破坏极限平衡状态从理论上讲该点早已破坏，因而这种应力状态是不会存在莫尔－库仑破坏准则31cf2fMcctg1/2(1+3)根据极限应力圆与抗剪强度线的几何关系黏性土的极限平衡条件

5、注意:无粘性土取c=0土体处于极限平衡状态时，破坏面与大主应力作用面的夹角为ff2f31cMcctg1/2(1+3)说明：剪破面并不产生于最大剪应力面，而与最大剪应力面成/2的夹角，可知，土的剪切破坏并不是由最大剪应力τmax所控制max【例3-1】地基中某一点的大主应力kPa，小主应力kPa。通过试验测得土的抗剪强度指标c=18kPa、，问最大主应力面是否破坏？该点处于什么状态？小主应力减小时，该点状态如何变化？【解答】（1）最大剪应力为剪应力最大面上的正应力=300.4kPa该面上的抗剪强度因为在剪应力最

6、大面上，所以不会沿该面发生剪破。（2）地基中一点所处状态的判别:设达到极限平衡状态时所需小主应力为，则由式（3-9）得=180.7kPa因为等于该点的实际小主应力，因此该点处于极限平衡状态，相应的摩尔应力圆与强度包络线相切，如图3-6中的圆A。（3）当小主应力变小时，摩尔圆直径变大，与强度包络线相割，如图3-6中的B圆，该点已破坏。小主应力变小时，摩尔圆直径变大3.2抗剪强度的确定及试验方法3.2.1直剪试验直剪试验的目的是用直剪仪测定土的抗剪强度指标c、值直剪试验原理对某一种土体而言，一定条件下抗剪强度指标c、值为常数，所以，τf与

7、为线性关系，试验中，通常采用4个试件，分别在不同的垂直压力p下，施加水平剪切力进行剪切，使试件沿人为制造的水平面剪坏，得到4组数据（τ，），其中，τ为剪坏面上所受最大剪应力，为相应正应力，这4组数据（τ，）对应以τf为纵坐标，为横坐标的坐标系中的4个点，根据4点绘一直线，直线的倾角为土的内摩擦角，纵轴截距为土的黏聚力c，见图3-8试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）百分表剪切盒量力环根据试验时剪切速率和排水条件的不同快剪固结快剪慢剪在试件上施加垂直压力后，立即施加水平剪切力在试件上施加垂直压力，待排水固结稳定后，施加水平剪切力在

8、试件上施加垂直力及水平力的过程中均应使试件排水固结快剪试验用于模拟在土体来不及固结排水就较快加载的情况，对实际工程中，对渗透性差，排水条件不良，建筑物施工速度快的地基土或斜坡稳定分析时，可采用快剪；固结快剪用于模拟建筑场